Способы перекрытия заданного диапазона рабочих частот

Вопрос 4 Способы перекрытия диапазона частот

Современные приемники работают в очень широком диапазо­не частот. Ширина рабочего диапазона в приемнике определяет­ся (крайними частотами f_макс и f_мин и оценивается коэффициентом перекрытия диапазона K_д=f_макс/f_мин. Настройка приемника на нужную частоту в пределах диапазона производится изменением резонансной частоты контура входной цепи. В зависимости от на­значения приемники бывают с переменной в широком диапазоне частот (связные, радиовещательные и др.), дискретной (связ­ные, телевизионные) и с постоянной (радиолокационные и др.) настройками. Плавная перестройка приемника на требуемую частоту осуществляется изменением емкости колебательного кон­тура (или индуктивности).

Дискретная перестройка может осуществляться двумя спосо­бами: 1) скачкообразным переключением конденсаторов в конту­рах входной цепи и УРЧ и использованием дискретной сетки частот в гетеродине; 2) плавным изменением емкости конденса­тора во входной цепи и УРЧ и использованием дискретной сетки частот в гетеродине.

Плавная настройка контура изменением индуктивности. При перестройке с помощью индуктивности емкость контора остается постоянной. Параметры контура в этом случае можно выразить через емкость: ρ=1/(ω₀С), d_к=r_к/ρ=r_кω₀C. Из-за поверхностного эффекта в проводе катушки индуктивности и диэлектрических по­терь в каркасе и изоляторах активное сопротивление контура г_к изменяется приблизительно пропорционально изменению частоты, а затухание контура — пропорционально квадрату из­менения частоты. Полоса пропускания контура П = f₀d_к и его ре­зонансное сопротивление R₀= l|/( d_Kω₀C) изменяются пропорцио­нально третьей степени частоты. Таким образом, при перестройке с помощью индуктивности параметры контура в диапазоне резко изменяются. В результате изменяются все параметры приемника. Кроме того, при плавном изменении индуктивности усложняется конструкция контура. Поэтому настройка с помощью индуктивности применяется редко, например в автомобильных приемниках и других подвижных установках, где повышенная вибрация мо­жет привести к появлению фона.

Если же контур перестраивать с помощью емкости, то индук­тивность остается постоянной. Параметры контура при этом мож­но выразить через индуктивность: , /()=/ρ=1/. Считая пропорциональным частоте, видим, что затуха­ние контура, а следовательно, и его добротностьне зависят от изменения частоты, т. е. оказываются приблизительно посто­янными. Полоса пропускания и резонансное сопротивле­ние контура пропорциональны первой степени час­тоты. Следовательно, при перестройке контура с помощью емкос­ти изменение его параметров от частоты меньше, чем при пере­стройке с помощью индуктивности. Поэтому контуры настраива­ются обычно с помощью емкости.

При настройке приемника на частоту принимаемого сигнала резонансными контурами перекрытие заданного диапазона зави­сит от диапазона изменения их емкостей (или индуктивностей). Например, при перестройке с помощью емкости максимальный коэффициент перекрытия определяется соотношением максималь­ной и минимальной емкостей конденсатора. Обычно (25. 50)и 5. 7. С учетом пара­зитной емкости 2. 3, что недостаточно для перекрытия ши­рокого диапазона частот. Поэтому диапазон разбивают на под­диапазоны. Но кроме ограничений коэффициента перекрытия диа­пазонапричинами необходимости разбивки диапазона на под­диапазоны являются: непостоянство параметров входной цепи при перестройке контура; сближение частотных составляющих сигнала в более высокочастотных диапазонах при одинаковой длине шкалы для всех диапазонов.

Смена поддиапазонов осуществляется переключением катушек индуктивностей контура, как показано на рисунке 4.1,а. В пределах I каждого поддиапазона плавная настройка контура производится I изменением емкости общего конденсатора. Если же смена поддиапазонов выполняется переключением емкости контура, то плавная настройка внутри поддиапазона — изменением индуктивнос­ти (рисунок 4.1,6). Так, в радиовещательных приемниках по стандар­ту диапазон СВ может быть

Рисунок 4.1 — Схемы подключения поддиапазонов:

а – сменой катушек индуктивности; б – сменой конденсаторов

разбит на два поддиапазона, диапазон KB — на ряд поддиапазонов. Границы поддиапазонов ука­зываются в технических условиях.

Используют два способа разбивки на поддиапазоны: с постоянным частотным интервалом и с постоянным коэффициентом пе­рекрытия поддиапазона.

При первом способе частотные интервалы в пределах всех поддиапазонов одинаковы:. Плотность настройки (отсчета частоты на шкале) во всех поддиапазонах при этом способе одинакова, что обеспечивает большую точность настройки и простоту механической перестройки. Но этот способ имеет существенные недостатки. Коэффициенты перекрытия неодинаковы в разных поддиапазонах. Поэтому для получения его заданного значения в контур входной цепи включают параллельно и последовательно конденсаторы. В связи с этим способ разбивки диапазона на поддиапазоны с постоянным частотным интервалом находит ограниченное применение. Например в профессиональных приемниках.

При втором способе разбивки на поддиапазоны обеспечивается постоянство коэффициента перекрытия всех диапазонов . В этом случае требуется меньше поддиапазонов, чем при первом способе. Но плотность настройки с повышением частоты возрастает и точность настройки ухудшается. В диапазоне KB плотность настройки оказывается очень высокой и настройка на нужную станцию затрудняется. В таких случаях диапазон «растягивают», включая в контур дополнительные конденсаторы последовательно или параллельно основному конденсатору контуpa (рисунок 2.6).

Рисунок 4.2 — Схема колебательного контура «растянутого» диапазона

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Способы перекрытия диапазона частот.

Плавно настраивать контуры в заданном диапазоне частот можно, изменяя индуктивность или емкость либо одновременно и то и другое. Рассмотрим настройку контура изменением индуктивности при постоянной емкости контура. Выразим параметры контура через его емкость:

ρ=1/ω0СК; dK = r/ρ = r ω0СК.

Здесь ρ — характеристическое сопротивление контура; dK — его затухание.

Вследствие поверхностного эффекта в проводах катушки и диэлектрических потерь сопротивление r растет приблизительно пропорционально частоте настройки. Тогда затухание dK, называемое конструтивным, будет пропорционально квадрату частоты, а полоса пропускания П0,7=fоdK и резонансная эквивалентная проводимость контура GК=dK/ρ=ωоСкdK пропорциональны кубу частоты. Следовательно, при настройке контура с помощью индуктивности его показатели по диапазону резко изменяются, что нежелательно.

При настройке контура путем изменения емкости его параметры, выраженные через индуктивность, имеют вид

ρ = ωоLк; dK = r/ ρ = r/ ωоLк.

Считая r по-прежнему пропорциональным частоте, видим, что затухание, а следовательно, и добротность контура QК не зависят от частоты. Полоса пропускания и эквивалентное сопротивление контура Rк=1/GK=ωоLкQк пропорциональны частоте. Следовательно, настройка емкостью сопровождается менее резкими изменениями параметров контуров.

Поэтому контуры в относительно широком диапазоне частот обычно настраивают изменением емкости. Настройка индуктивностью используется при небольших перекрытиях диапазона.

При настройке емкостью коэффициент перекрытия диапазона

Как правило, если приемник должен работать в более широком диапазоне частот, то диапазон разбивают на поддиапазоны. Переход с одного поддиапазона на другой осуществляют переключением индуктивностей. Если плавная настройка внутри поддиапазона ведется изменением индуктивности, то от одного поддиапазона к другому переходят переключением конденсаторов.

Существуют различные способы разбиения диапазона на поддиапазоны. Рассмотрим основные из них.

Разбиение с постоянным частотным интервалом (рис. 8.4).

При этом разность максимальной и минимальной частот у всех поддиапазонов одинакова:

Коэффициент перекрытая поддиапазона

Отсюда видно, что при переходе к более высокочастотным поддиапазонам коэффициент перекрытия уменьшается. Для получения заданного коэффициента перекрытия на всех поддиапазонах в контурах используют добавочное конденсаторы С1 и С2 (рис. 8.5), которые уменьшают влияние емкости СК на частоту настройки контура.

Достоинством указанного способа разбиения на поддиапазоны является одинаковая плотность настройки на всех поддиапазонах, что позволяет использовать единую шкалу точной настройки. Недостаток способа — большое число поддиапазонов. Используется он в профессиональных приемниках.

Разбиение с постоянным коэффициентом перекрытия.

В данном случае коэффициенты перекрытия всех поддиапазонов одинаковы:

Кпд = f0i max / f0i min = const.

Коэффициент перекрытия всего диапазона приемника

где Nпд— требуемое число поддиапазонов. Оно определяется выражением

Nпд = lg kД / lg Кпд

При этом способе обычно требуется меньшее число поддиапазонов, чем в предыдущем, поэтому он более экономичен. Частотное перекрытие каждого поддиапазона

Из последнего соотношения следует, что с увеличением частоты f0i min возрастает частотное перекрытие данного поддиапазона, следовательно, возрастает плотность настройки (число станций на деление шкалы). Можно также комбинировать оба эти способа,

В радиовещательных приемниках разбиение на поддиапазоны производится с учетом распределения рабочих волн, выделенных для радиовещания.

Основная литература: 1ocн[35-58, 387-410], 6осн14,

Дополнительная литература: 10доп210

Основные характеристики и параметры антенн?

Соседний канал приема.

Зеркальный канал приема.

Лекция 9. Основы радиоприемных устройств.

Общое сведение о радиоприемных устройствах.

Основные характеристики и параметры радиоприемных устройств.

Супергетеродинный радиоприемник АМ сигналов.

Супергетеродинный радиоприемник ЧМ сигналов.

Возможная структурная схема построения радиоприемника АМ сигналов приведена на рис.8.1. В нее входят следующие функциональные блоки: входная цепь (ВЦ), на которую

Рис. 9.1 Возможная структурная схема приемника АМ сигналов

принимаемый сигнал поступает от внешней или внутренней (магнитной) антенны; усилитель радиочастоты (УРЧ); преобразователь частоты (ПЧ), в состав которого входят смеситель (См) и гетеродин (Гет) и в котором происходит преобразование принимаемой частоты сигнала в постоянную промежуточную частоту; фильтр сосредоточенной селекции (избирательности) (ФСС), реализующий требуемую полосу пропускания высокочастотного тракта и избирательность по соседнему каналу и который может включаться не только сразу после ПЧ, но и между каскадами УПЧ; усилитель промежуточной частоты (УПЧ), осуществляющий основное усиление сигнала; амплитудный детектор (АД); усилитель звуковой (низкой) частоты (УЗЧ); между АД и УЗЧ может включаться специальный каскад, согласующий выход детектора и вход отдельного УЗЧ, назовем его согласующим УЗЧ (СУЗЧ). На выходе приемника включается акустическая система (АС), в качестве которой может быть и отдельный громкоговоритель. В приемниках АМ сигналов обязательным является применение автоматической регулировки усиления (АРУ) для поддержания примерно постоянного уровня сигнала на выходе при его изменениях на входе. В приемнике предусматриваются ручные регулировки или органы управления (Упр) для перестройки приемника по частотному диапазону и для настройки на нужную радиостанцию, а также для изменения громкости и тембра звучания. Совокупность функциональных блоков приемника от антенны, включая детектор, образуют так называемый линейный тракт приемника (ЛТП), и предметом проектирования на первом и основном этапе является как раз проектирование линейного тракта.

Возможная структурная схема приемника ЧМ сигналов приведена на рис. 9.2. В нее входят в основном те же функциональные блоки, что и схеме рис. 9.1. Однако есть существенные отличия, которые заключаются в следующем. В приемнике ЧМ сигналов применяется частотный детектор (ЧД), перед которым включается амплитудный ограничитель (АО).

Расчет полосы пропускания приемника:

Полоса пропускания всего высокочастотного тракта приемника ПВЧ от антенны до директора должна быть, как правило, больше ширины спектра сигнала из-за возможных отклонений частот и погрешностей сопряжения контуров сигнала и гетеродина, т.е. ПВЧ >ПС.

При проектировании радиовещательных приемников надо иметь в виду, что рабочие частоты радиовещательных станций имеют очень высокую стабильность, и поэтому отклонение частоты принимаемого сигнала модно не рассматривать и не учитывать. Наилучшее качество приема наблюдается при точной настройке приемника на принимаемую станцию, а именно при совпадении преобразованной в промежуточную частоту сигнала с центральной частотой полосы пропускания П тракта промежуточной частоты (ТПЧ).

При этом при расчете следует учесть возможные отклонения частоты гетеродина , причем в разные стороны, т.е. взять 2. Таким образом, найдем: П= П_С +2

В случае приемников АМ сигналов полоса частот П_С, занимаемая спектром сигнала, как известно, равноудвоенной высшей частоте модуляции F_В, т.е. П_САМ=2 F_В

В случае приемников ЧМ сигналов полоса частот, занимаемая спектром сигнала, равна

П_СЧМ=2 F_В(1+М+),

где М – коэффициент частотной модуляции, М=;

— максимальное частотное отклонение (девиация) частоты,

кГц;

F_В – высшая модулирующая частота.

Абсолютную величину отклонения частоты гетеродина можно рассчитать, основываясь на известных данных по его относительной стабильности частоты. Считается, что транзисторный гетеродин без кварцевой стабилизации и без термостатирования имеет относительную нестабильность частоты . Поэтому абсолютные отклонения частоты гетеродина могут быть рассчитаны по формуле:

==

причем в диапазонном приемнике в качестве частоты гетеродина надо брать верхнюю, т.е. максимальную частоту заданного диапазона, т.е. полагать что =.

При расчете полосы пропускания радиочастотного тракта (преселектора) П_РЧ следует учесть еще погрешность сопряжения частот настроек контуров цепей сигнала и гетеродина. Поэтому

П_РЧ=П+2

Выбор селективных систем и расчет требуемой добротности контуров радиочастотного тракта.

Целью этого этапа проектирования является выбор числа и типа селективных систем всего радиочастотного тракта приемника (чаще всего в качестве селективных систем здесь используются одиночные контуры) и расчет их требуемой эквивалентной добротности Q_Э, исходя из заданной избирательности приемника по зеркальному каналу Se_ЗК и обеспечения требуемой полосы пропускания этого тракта П_РЧ при допустимой неравномерности амплитудно-частотной характеристики (АЧХ). В этом случае надо рассчитать требуемую эквивалентную добротность, исходя из допустимой неравномерности АЧХ в полосе пропускания Q_ЭП, затем исходя из заданной избирательности по зеркальному каналу Q_ЭЗ, и принять такое значение Q_Э, чтобы выполнить оба эти условия, т.е.

Q_ЭП Q_Э Q_ЭЗ

После проведенного расчета полосы пропускания удобно рассчитать добротность Q_ЭП.

В радиовещательных приемниках в настоящее время для формирования требуемой полосы пропускания и хорошей избирательности по соседнему каналу широкое применение находят фильтры сосредоточенной селекции (ФСС), называемые также фильтрами сосредоточенной избирательности (ФСИ).

Поэтому расчет ТПЧ можно начать с ФСС.

В приемниках разных групп сложности, имеющих как среднее, так и высокие качественные показатели, могут применятся и применяются многозвенные ФСС на LC-элементах. Возможная схема включения такого многоконтурного фильтра приведена на рис. 9.3. В этой схеме каждый контур фильтра с учетом элементов связи настроен на среднюю частоту полосы пропускания, т. е. на промежуточную частоту f_ПР.

Контуры промежуточных звеньев образованы индуктивностями L₂ и емкостями C₂, контуры крайних согласующих полузвеньев индуктивностями L₁ и конденсаторами соответственно C₃

и C₄. Конденсаторы С₁ – элементы связи между контурами фильтра. I_ген – ток генератора тока. С_ВЫХ и g_ВЫХ – соответственно выходная емкость и выходная резистивная проводимость предыдущего каскада. С_Н и g_Н – соответственно емкость и резистивная проводимость нагрузки, которой является х вход следующего каскада УПЧ. L_СВ1 и L_СВ2 – индуктивности связи с предыдущим и последующим каскадами.

Источник